DE102009000286B4 - Monitoring a particle limit value in the exhaust gas of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Diagnose eines Partikelfilters zur Filterung von Partikeln aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine, wobei in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Partikelfilter ein sammelnder Partikelsensor (44) angeordnet ist und wobei aus einem Ausgangssignal (20) des Partikelsensors (44) ein Maß für die Beladung des Partikelsensors (44) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Messzyklus das zeitliche Integral (30) einer mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine korrelierenden Kenngröße gebildet wird, dass auf einen defekten Partikelfilter geschlossen wird, wenn das Integral (30) einen vorgegebenen zweiten Grenzwert (14) erreicht und das Ausgangssignal (20) des Partikelsensors (44) einen ersten Schwellwert (13) überschritten hat oder auf einen defekten Partikelfilter geschlossen wird, wenn das Ausgangssignal (20) des Partikelsensors (44) den ersten Schwellwert (13) erreicht und das Integral (30) niedriger ist als der zweite Schwellwert (14), wobei als zeitliches Integral (30) eine aus einer Fahrgeschwindigkeit ermittelte zurückgelegte Fahrstrecke oder eine aus einem Abgaswärmestrom ermittelte Abgaswärmemenge oder eine aus einem bei der Verbrennung umgesetzten Sauerstoffmengenfluss ermittelte Sauerstoffmenge oder eine aus einer Einspritzmenge pro Zeiteinheit ermittelte Kraftstoffmenge oder eine aus einer Leistung der Brennkraftmaschine ermittelte geleistete Arbeit verwendet wird.Method for diagnosing a particle filter for filtering particles from the exhaust gas of an internal combustion engine, a collecting particle sensor (44) being arranged downstream of the particle filter in the direction of flow of the exhaust gas and a measure of the loading of the particle sensor (44) being derived from an output signal (20) of the particle sensor Particle sensor (44) is determined, characterized in that during a measurement cycle the time integral (30) of a parameter correlating with the particle emission of the internal combustion engine is formed, that a defective particle filter is inferred if the integral (30) exceeds a predetermined second limit value ( 14) and the output signal (20) of the particle sensor (44) has exceeded a first threshold value (13) or a defective particle filter is inferred if the output signal (20) of the particle sensor (44) reaches the first threshold value (13) and that Integral (30) is lower than the second threshold (14), being considered temporal s integral (30) uses a distance traveled determined from a driving speed, or an exhaust gas heat quantity determined from an exhaust gas heat flow, or an oxygen quantity determined from an oxygen quantity flow converted during combustion, or a fuel quantity determined from an injection quantity per unit of time, or a work performed determined from the power of the internal combustion engine becomes.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Partikelfilters zur Filterung von Partikeln aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine, wobei in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Partikelfilter ein sammelnder Partikelsensor angeordnet ist und wobei aus einem Ausgangssignal des Partikelsensors ein Maß für die Beladung des Partikelsensors bestimmt wird.The invention relates to a method for diagnosing a particle filter for filtering particles from the exhaust gas of an internal combustion engine, with a collecting particle sensor being arranged downstream of the particle filter in the direction of flow of the exhaust gas and with a measure for the loading of the particle sensor being determined from an output signal of the particle sensor.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Diagnose eines Partikelfilters zur Filterung von Partikeln aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine mit einem in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Partikelfilter angeordneten, sammelnden Partikelsensor und mit einer Steuerelektronik zur Auswertung eines Ausgangssignals des Partikelsensors und zur Bildung eines Maßes für die Beladung des Partikelsensors aus dem Ausgangssignal des Partikelsensors.The invention also relates to a device for diagnosing a particle filter for filtering particles from the exhaust gas of an internal combustion engine, with a collecting particle sensor arranged downstream of the particle filter in the flow direction of the exhaust gas and with control electronics for evaluating an output signal from the particle sensor and for forming a measure of the load of the particle sensor from the output signal of the particle sensor.
Stand der TechnikState of the art
In der Schrift
Die
Die
Die Verfahren ermöglichen eine Unterscheidung zwischen einem defekten und einem noch als intakt zu betrachtenden Partikelfilter. Nachteilig dabei ist, dass beide Verfahren einen hohen Softwareaufwand in dem Motorsteuergerät erfordern, insbesondere zur Applikation eines Partikel-Rohemissionsmodells.The procedures enable a distinction to be made between a defective particle filter and one that can still be considered intact. The disadvantage here is that both methods require a high level of software complexity in the engine control unit, in particular for the application of a particle raw emission model.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit zu stellen, die eine vereinfachte Diagnose des Partikelfilters mit vermindertem Software-Applikationsaufwand ermöglichen.It is therefore the object of the invention to provide a device and a method which enable simplified diagnosis of the particle filter with reduced software application complexity.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass während eines Messzyklus das zeitliche Integral einer mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine korrelierenden Kenngröße gebildet wird, dass zu zumindest einem Messzeitpunkt während des Messzyklus das Maß für die Beladung des Partikelsensors dem Integral zugeordnet wird und dass auf einen defekten Partikelfilter geschlossen wird, wenn das Maß für die Beladung des Partikelsensors höher ist als ein dem Integral zugeordneter Beladungs-Schwellwert oder wenn das Integral niedriger ist als ein dem Maß für die Beladung des Partikelsensors zugeordneter Integral-Schwellwert.The object of the invention relating to the method is achieved in that during a measuring cycle the time integral of a parameter correlating with the particle emission of the internal combustion engine is formed, that at least one measuring point in time during the measuring cycle the measure for the loading of the particle sensor is assigned to the integral and that a defective particle filter is concluded if the measure for the loading of the particle sensor is higher than a loading threshold value assigned to the integral or if the integral is lower than an integral threshold value assigned to the measure for the loading of the particle sensor.
Die Erfassung und Integration einer zumindest grob mit der Partikelemission korrelierenden Kenngröße ist mit einem gegenüber einem Motormodell zur Berechnung der Partikelemission deutlich geringerem Software-Applikationsaufwand darzustellen. Dabei liegen zur Steuerung der Brennkraftmaschine verschiedene geeignete Kenngrößen der Motorelektronik in Form von Messwerten bereits vor. The acquisition and integration of a parameter that at least roughly correlates with the particle emission can be represented with a significantly lower software application effort compared to an engine model for calculating the particle emission. Various suitable parameters of the motor electronics are already available in the form of measured values for controlling the internal combustion engine.
Die Auswertung, ob ein Partikelfilter noch eine ausreichende Filterwirkung aufweist oder nicht, erfolgt an Hand einer vergleichenden Betrachtung: Verläuft der Anstieg des Ausgangssignals des Partikelsensors oder einer daraus abgeleiteten Größe als Maß für die Beladung des Partikelsensors und somit des tatsächlich nach dem Partikelfilter vorliegenden Partikelgehalts in dem Abgasstrom schneller als an Hand des Verlaufs des Integrals der mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine korrelierenden Kenngröße zu vermuten, so deutet dies auf einen defekten Partikelfilter hin. Dies lässt sich einfach überprüfen, wenn einem jeweiligen Integralwert ein maximal zulässiger Beladungs-Schwellwert des Partikelsensors zugeordnet wird. Die Überprüfung kann für beliebig viele Zeitpunkte oder für einen vorgegebenen Zeitpunkt während des Messzyklus vorgesehen sein.The evaluation of whether a particle filter still has a sufficient filter effect or not is based on a comparative analysis: Does the increase in the output signal of the particle sensor or a variable derived from it as a measure of the loading of the particle sensor and thus the particle content actually present after the particle filter in the exhaust stream faster than on Based on the course of the integral of the parameter correlating with the particle emission of the internal combustion engine, this indicates a defective particle filter. This can be easily checked if a maximum permissible loading threshold value of the particle sensor is assigned to a respective integral value. The check can be provided for any number of times or for a predetermined time during the measurement cycle.
Umgekehrt kann betrachtet werden, ob das Integral langsamer ansteigt, als auf Basis des Verlaufs des Ausgangssignals des Partikelsensors zu vermuten, was ebenfalls auf einen defekten Partikelfilter schließen lässt. Hier kann die Überprüfung dadurch erfolgen, dass einem gemessenen Ausgangssignal des Partikelsensors beziehungsweise einer daraus abgeleiteten Größe ein zumindest zu erreichender Wert des Integrals der mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine korrelierenden Kenngröße zugeordnet wird. Wird dieser vorgegebene Integral-Schwellwert nicht erreicht, ist von einem defekten Partikelfilter auszugehen. Auch hier kann die Überprüfung für beliebig viele Zeitpunkte oder für einen vorgegebenen Zeitpunkt während des Messzyklus vorgesehen sein.Conversely, it can be observed whether the integral increases more slowly than assumed based on the course of the output signal of the particle sensor, which also indicates a defective particle filter. Here, the check can be carried out in that a measured output signal of the particle sensor or a variable derived therefrom is assigned a value that is at least to be achieved of the integral of the parameter correlating with the particle emission of the internal combustion engine. If this specified integral threshold value is not reached, a defective particle filter can be assumed. Here, too, the check can be provided for any number of points in time or for a specified point in time during the measurement cycle.
Sowohl die Bildung des Integrals als auch die Messung der Beladung des Partikelsensors kann während eines beliebigen durchlaufenen Betriebszyklus der Brennkraftmaschine erfolgen. Die Durchführung des Verfahrens ist daher nicht an beispielsweise von dem Gesetzgeber vorgeschriebene Betriebszyklen zur Bewertung der Funktionsfähigkeit von Partikelfiltern gebunden.Both the formation of the integral and the measurement of the loading of the particle sensor can take place during any operating cycle that the internal combustion engine has run through. The implementation of the method is therefore not tied to the operating cycles prescribed by law for evaluating the functionality of particle filters, for example.
Eine einfache Auswertung zu jeweils einem Zeitpunkt während eines Messzyklus wird dadurch ermöglicht, dass der Messzeitpunkt zur Zuordnung des Maßes für die Beladung des Partikelsensors zu dem Integral festgelegt wird, wenn das Maß für die Beladung des Partikelsensors einen vorgegebenen ersten Grenzwert erreicht oder wenn das Integral einen vorgegebenen zweiten Grenzwert erreicht.A simple evaluation at one point in time during a measurement cycle is made possible by the fact that the measurement point in time for assigning the degree of loading of the particle sensor to the integral is determined when the degree of loading of the particle sensor reaches a predetermined first limit value or when the integral exceeds a predetermined second limit reached.
Die Überprüfung, ob der erste Grenzwert erreicht ist, legt den Messzeitpunkt an Hand der Beladung des Partikelsensors und somit des tatsächlich gemessenen Partikelstroms in dem Abgas der Brennkraftmaschine fest. Der Messzeitpunkt kann dabei so gewählt werden, dass sich eine ausreichende Menge Partikel an dem Partikelsensor abgelagert hat, so dass eine ausreichend genaue Auswertung des Ausgangssignals des Partikelsensors möglich ist.Checking whether the first limit value has been reached determines the measuring time on the basis of the loading of the particle sensor and thus the particle flow actually measured in the exhaust gas of the internal combustion engine. The time of measurement can be selected in such a way that a sufficient quantity of particles has been deposited on the particle sensor, so that a sufficiently precise evaluation of the output signal of the particle sensor is possible.
Die Überprüfung, ob der zweite Grenzwert erreicht ist, legt den Messzeitpunkt hingegen an Hand des Verlaufs des Integrals über die mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine korrelierende Kenngröße fest.The check as to whether the second limit value has been reached, on the other hand, determines the measurement time on the basis of the course of the integral over the parameter correlating with the particle emissions of the internal combustion engine.
Bevorzugt wird der erste Grenzwert auf einen Wert festgelegt, bei dem ein Ausgangssignal des sammelnden Partikelsensors eine Auslöseschwelle des Partikelsensors erreicht. Je nach Auswerteverfahren des Partikelsensors kann die Auslöseschwelle eine vordefinierte Stromgrenze oder eine Widerstandsgrenze des Partikelsensors sein. Wird der Partikelsensor über eine Wechselspannungs-Messung ausgewertet, so kann als Auslöseschwelle auch das Über- oder Unterschreiten eines Grenzwertes in der Kapazität, einer komplexen Impedanz oder des Realteils und/oder des Imaginärteils der komplexen Impedanz des Partikelsensors vorgesehen sein. Die Auslöseschwelle ist üblicherweise auf einen frühest möglichen Zeitpunkt innerhalb eines Messzyklus gelegt, an dem sich das Ausgangssignal des Partikelsensors sicher von Störeinflüssen auf das Ausgangssignal abhebt und gewährleistet so ein schnelles und sicheres Ansprechen des Verfahrens. The first limit value is preferably set to a value at which an output signal from the collecting particle sensor reaches a triggering threshold of the particle sensor. Depending on the evaluation method of the particle sensor, the triggering threshold can be a predefined current limit or a resistance limit of the particle sensor. If the particle sensor is evaluated via an AC voltage measurement, exceeding or falling below a limit value in the capacitance, a complex impedance or the real part and/or the imaginary part of the complex impedance of the particle sensor can also be provided as a triggering threshold. The triggering threshold is usually set to the earliest possible point in time within a measurement cycle at which the output signal of the particle sensor is clearly distinguished from interference on the output signal, thus ensuring that the method responds quickly and reliably.
Entsprechend einer alternativen Ausführungsvarianten der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der zweite Grenzwert auf einen Wert festgelegt wird, bei dem an den Partikelsensor bei grenzgängigem Partikelfilter eine für die Auswertung des Partikelsensors ausreichende Menge Partikel angelagert sind. Ein kleinerer zweiter Grenzwert liegt für einen grenzgängig geschädigten Partikelfilter noch in einem Bereich, in dem das Ausgangssignal des Partikelsensors nicht sicher von Störeinflüssen unterschieden werden kann.According to an alternative embodiment variant of the invention, it can be provided that the second limit value is set to a value at which a quantity of particles sufficient for the evaluation of the particle sensor is deposited on the particle sensor with a boundary-moving particle filter. A smaller, second limit value for a particle filter that is damaged across the border is still in a range in which the output signal of the particle sensor cannot be reliably distinguished from interference.
Dabei kann es weiterhin vorgesehen sein, dass der zweite Grenzwert auf einen Wert festgelegt wird, bei dem bei grenzgängigem Partikelfilter die Auslöseschwelle des Partikelsensors erreicht wird. Dies ist der erste Zeitpunkt innerhalb eines Messzyklus, bei dem ein von Störeinflüssen sicher unterscheidbares Ausgangssignal des Partikelsensors vorliegt und ein defekter Partikelfilter erkannt werden kann. Ein größerer zweiter Grenzwert ermöglicht die Durchführung des Verfahrens, die Auswertung erfolgt jedoch nicht zu dem früheste möglichen Zeitpunkt während eines MesszyklusProvision can also be made for the second limit value to be set at a value at which the triggering threshold of the particle sensor is reached when the particle filter is at the limit. This is the first point in time within a measurement cycle at which there is an output signal from the particle sensor that can be reliably distinguished from interference and a defective particle filter can be detected. A larger second limit value allows the method to be carried out, but the evaluation does not take place at the earliest possible point in time during a measurement cycle
Eine weitere mögliche Auswertung kann darüber erfolgen, dass ein erstes Verhältnis aus dem Maß für die Beladung des Partikelsensors und dem Integral der Kenngröße gebildet wird und dass bei Überschreitung eines ersten Verhältnis-Schwellwertes auf einen defekten Partikelfilter geschlossen wird oder dass ein zweites Verhältnis aus dem Integral der Kenngröße und dem Maß für die Beladung des Partikelsensors gebildet wird und dass bei Unterscheitung eines zweiten Verhältnis-Schwellwertes auf einen defekten Partikelfilter geschlossen wird. Der erste Verhältnis-Schwellwert und der zweite Verhältnis-Schwellwert können dabei, zum Beispiel bei geeigneter Aufbereitung des Maßes für die Beladung des Partikelsensors, konstant über den gesamten Messzyklus nach erreichen der Auslöseschwelle oder in Abhängigkeit von dem vorliegenden Integralwert oder dem vorliegenden Maß für die Beladung des Partikelsensors vorgegeben werden.Another possible evaluation can be that a first ratio is formed from the measure of the loading of the particle sensor and the integral of the parameter and that a defective particle filter is concluded when a first ratio threshold value is exceeded or that a second ratio from the integral the parameter and the measure for the loading of the particle sensor is formed and that if the ratio falls below a second threshold value, a defective particle filter is inferred. The first ratio threshold and the second ver Ratio threshold value can be constant over the entire measurement cycle after the triggering threshold has been reached or depending on the present integral value or the present measure for the loading of the particle sensor, for example with suitable processing of the measure for the loading of the particle sensor.
Bei Überschreitung der Partikelbeladung eines sammelnden Partikelsensors über einen bestimmten Mengenbereich läuft das Ausgangssignals des Partikelsensors in eine Sättigung. Bei sammelnden Partikelsensoren werden die anhaftenden Partikel daher intervallmäßig durch Freibrennen entfernt. Der Zeitpunkt des Freibrennens kann nach einer vorgegebenen Messdauer oder in Abhängigkeit von dem gemessenen Maß für die Beladung des Partikelsensors erfolgen. Ist es vorgesehen, dass der Beginn des Messzyklus mit einem Freibrennen des Partikelsensors verknüpft wird, so beginnt die Integration der mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine korrelierenden Kenngröße zu einem definierten Zeitpunkt und wird so mit dem Verlauf des Maßes für die Partikelbeladung vergleichbar. Bevorzugt beginnt die Integration mit dem Abschluss des Freibrennens und somit zeitgleich mit der Sammelphase des Partikelsensors.When the particle load of a collecting particle sensor exceeds a certain quantity range, the output signal of the particle sensor becomes saturated. In the case of collecting particle sensors, the adhering particles are therefore removed at intervals by burning them free. The point in time at which the particle sensor is burned free can take place after a predetermined measurement period or as a function of the measured level of loading of the particle sensor. If the start of the measurement cycle is linked to the particle sensor burning free, the integration of the parameter correlating with the particle emission of the internal combustion engine begins at a defined point in time and is thus comparable with the course of the measure for the particle load. The integration preferably begins with the completion of the burn-off and thus at the same time as the collection phase of the particle sensor.
Das Verfahren basiert auf der Integration einer mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine zumindest grob korrelierenden Kenngröße. Daher kann es vorgesehen sein, dass als zeitliches Integral eine aus einer Fahrgeschwindigkeit ermittelte zurückgelegte Fahrstrecke oder eine aus einem Abgaswärmestrom ermittelte Abgaswärmemenge oder eine aus einem bei der Verbrennung umgesetzten Sauerstoffmengenfluss ermittelte Sauerstoffmenge oder eine aus einer Einspritzmenge pro Zeiteinheit ermittelte Kraftstoffmenge oder eine aus einer Leistung der Brennkraftmaschine ermittelte geleistete Arbeit verwendet wird oder dass zur Diagnose des Partikelfilters zumindest zwei Integrale von zumindest zweien der vorgenannten Größen verwendet werden. Alle diese Kenngrößen korrelieren mehr oder weniger mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine und liegen zum Teil bei modernen Brennkraftmaschinen der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine als Messwerte bereits vor. Um die Auswertesicherheit zu erhöhen ist es möglich, die Integrale mehrerer der Kenngrößen im Vergleich zu dem Maß für die Beladung des Partikelsensors zu berücksichtigen.The method is based on the integration of a parameter that at least roughly correlates with the particle emissions of the internal combustion engine. It can therefore be provided that a distance traveled determined from a driving speed or an exhaust gas heat quantity determined from an exhaust gas heat flow or an oxygen quantity determined from an oxygen quantity flow converted during combustion or a fuel quantity determined from an injection quantity per unit of time or a power from the Internal combustion engine determined work done is used or that at least two integrals of at least two of the aforementioned variables are used to diagnose the particulate filter. All of these parameters correlate to a greater or lesser extent with the particle emissions of the internal combustion engine and, in the case of modern internal combustion engines, are already available as measured values for the engine control of the internal combustion engine. In order to increase the reliability of the evaluation, it is possible to take into account the integrals of several of the parameters in comparison to the degree of loading of the particle sensor.
Die Auswertesicherheit des Verfahrens kann weiterhin dadurch erhöht werden, dass auf einen defekten Partikelfilter geschlossen wird, wenn in zumindest zwei aufeinander folgenden Messzyklen ein defekter Partikelfilter diagnostiziert wurde.The reliability of the evaluation of the method can be further increased in that a defective particle filter is inferred if a defective particle filter was diagnosed in at least two consecutive measurement cycles.
Die ordnungsgemäße Funktion eines Partikelfilters wird an Hand von maximal zulässigen Partikelemissionen während vorgegebener, aufeinander folgender Betriebsphasen der Brennkraftmaschine definiert. Für ein mit der Brennkraftmaschine angetriebenes Kraftfahrzeug wird dazu an einem Rollen- beziehungsweise Motorprüfstand ein von dem Gesetzgeber vorgegebener Fahrzyklus beziehungsweise Last-/Drehzahlzyklus durchfahren und die Partikelemission gemessen. Mit einem intakten Partikelfilter werden die Vorgaben für die Partikelemission eingehalten, bei einem defekten Partikelfilter überschreitet die Partikelemission den maximal zulässigen Emissionswert. Ein grenzgängig geschädigter Partikelfilter liegt vor, wenn während des Fahrzyklus beziehungsweise des Last-/Drehzahlzyklus der vom Gesetzgeber vorgegebene Maximalwert für die Partikelemission gerade eingehalten wird. Die Kalibrierung des für die Durchführung des Verfahrens notwendigen Systems kann daher dadurch erfolgen, dass die Festlegung des Beladungs-Schwellwertes oder des Integral-Schwellwertes oder des ersten Verhältnis-Schwellwertes oder des zweiten Verhältnis-Schwellwertes während eines Betriebes einer Brennkraftmaschine mit einem grenzgängig geschädigten Partikelfilter erfolgt. Dabei wird die Brennkraftmaschine bevorzugt entsprechend des gesetzlich vorgegebenen Fahrzyklus oder des gesetzlich vorgegebenen Last-/Drehzahlzyklus betrieben. Für den praktischen Einsatz ist es vorteilhaft, bei der Kalibrierung einen Partikelfilter einzusetzen, der eine etwas geringere Schädigung aufweist als für die exakte Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben notwendig, um so in der späteren Diagnose des Partikelfilters eine entsprechende Sicherheitsmarge zu gewährleisten.The correct functioning of a particle filter is defined on the basis of the maximum permissible particle emissions during specified, consecutive operating phases of the internal combustion engine. For a motor vehicle driven by an internal combustion engine, a driving cycle or load/speed cycle prescribed by law is run through on a roller or engine test bench and the particle emissions are measured. With an intact particle filter, the specifications for particle emissions are met, with a defective particle filter, the particle emissions exceed the maximum permissible emission value. A particle filter that is borderline damaged is present when the maximum value specified by law for particle emissions is just observed during the driving cycle or the load/speed cycle. The system required for carrying out the method can therefore be calibrated by determining the loading threshold value or the integral threshold value or the first ratio threshold value or the second ratio threshold value during operation of an internal combustion engine with a particle filter that has been damaged at certain points . The internal combustion engine is preferably operated in accordance with the legally prescribed driving cycle or the legally prescribed load/speed cycle. For practical use, it is advantageous to use a particle filter for the calibration that shows slightly less damage than is necessary for exact compliance with the legal requirements, in order to ensure a corresponding safety margin in the subsequent diagnosis of the particle filter.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in der Steuerelektronik ein Integralbildner zur Bildung eines zeitlichen Integrals einer mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine korrelierenden Kenngröße vorgesehen ist, dass in der Steuerelektronik eine Software zum Vergleich des Maßes für die Beladung des Partikelfilters mit einem in Abhängigkeit von dem vorliegenden Integral festgelegten Beladungs-Schwellwerts vorgesehen ist oder dass in der Steuerelektronik eine Software zum Vergleich des Integrals mit einem in Abhängigkeit von dem Maß für die Beladung des Partikelfilters festgelegten Integral-Schwellwerts vorgesehen ist.The object of the invention relating to the device is achieved in that an integral generator is provided in the control electronics for forming a time integral of a parameter correlating with the particle emissions of the internal combustion engine, that software for comparing the degree of loading of the particle filter with a is provided as a function of the present integral loading threshold or that software is provided in the control electronics for comparing the integral with an integral threshold value set as a function of the degree of loading of the particle filter.
Das Integral bildet dabei eine Ersatzgröße für eine entsprechend dem durchlaufenen Betriebszyklus der Brennkraftmaschine mit einem angenommenen grenzgängigen Partikelfilter erwartete Partikelemission. Ist die mit Hilfe des Partikelsensors gemessene, tatsächlich Partikelemission kleiner, liegt ein intakter Partikelfilter vor. Ist die mit Hilfe des Partikelsensors gemessene, tatsächliche Partikelemission hingegen größer ist von einem defekten Partikelfilter auszugehen.In this case, the integral forms a substitute quantity for a particle emission that is expected in accordance with the operating cycle that the internal combustion engine has run through with an assumed borderline particle filter. If the actual particle emission measured with the help of the particle sensor is lower, the particle filter is intact. Is the actual parti measured with the help of the particle sensor If, on the other hand, emissions are greater, a defective particle filter can be assumed.
Der Software-Applikationsaufwand zur Bildung des Integrals und zum Vergleich des Integrals mit dem Maß für die Beladung des Partikelfilters als Kenngröße für die tatsächliche Partikelemission ist insbesondere im Vergleich zur Berechnung einer erwarteten Partikelemission aus einem Motormodell gering. Die Umsetzung kann in bestehenden Steuerelektroniken erfolgen.The software application effort to form the integral and to compare the integral with the measure for the loading of the particle filter as a parameter for the actual particle emission is particularly low compared to the calculation of an expected particle emission from an engine model. The implementation can take place in existing control electronics.
Der Integralbildner berechnet das zeitliche Integral einer mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine zumindest grob korrelierenden Kenngröße. Daher kann es vorgesehen sein, dass der Steuerelektronik zur Bildung des Integrals eine Fahrgeschwindigkeit oder ein Abgaswärmestrom oder eine momentan durch die Verbrennung umgesetzter Sauerstoffwärmefluss oder eine pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge oder eine abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine ist. Alle diese Kenngrößen korrelieren mit der Partikelemission der Brennkraftmaschine und liegen bei modernen Brennkraftmaschinen zum Teil bereits als Messwerte oder als aus vorliegenden Messgrößen berechenbare Kenngrößen vor.The integral generator calculates the time integral of a parameter that at least roughly correlates with the particle emissions of the internal combustion engine. It can therefore be provided that the control electronics for forming the integral is a vehicle speed or an exhaust gas heat flow or an oxygen heat flow currently converted by the combustion or a fuel quantity injected per unit of time or an output power of the internal combustion engine. All of these parameters correlate with the particle emission of the internal combustion engine and in modern internal combustion engines some are already available as measured values or as parameters that can be calculated from existing measured variables.
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
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1 den zeitlichen Verlauf eines Integrals über den Abgaswärmestrom einer Brennkraftmaschine und Ausgangssignale eines sammelnden Partikelsensors. -
2 Ablaufdiagramm zur Diagnose eines Partikelfilters.
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1 the time course of an integral over the exhaust gas heat flow of an internal combustion engine and output signals of a collecting particle sensor. -
2 Flowchart for diagnosing a particle filter.
Eine Stromachse 10 und eine Abgaswärmemenge 11 sind gegenüber einer Zeitachse 12 dargestellt. Die Ausgangssignale 20a, 20b, 20c des Partikelsensors 44 beziehen sich auf die Stromachse 10, das Integral 30 über den Abgaswärmestrom 60 bezieht sich auf die Achse der Abgaswärmemenge 11.A
Bezogen auf die Stromachse 10 ist eine Auslöseschwelle 13 markiert. Ein zweiter Grenzwert 14 bezieht sich auf die Achse der Wärmemenge 11.A triggering
In den Schnittpunkten der Markierung der Auslöseschwelle 13 mit den Ausgangssignalen 20a, 20c des Partikelfilters 44 sind ein erster Auslösezeitpunkt 21 und ein zweiter Auslösezeitpunkt 23 festgelegt. Ein Messzeitpunkt 22 ergibt sich an dem Schnittpunkt des Integrals 30 mit dem zweiten Grenzwert 14. Zu diesem Messzeitpunkt 22 schneidet ebenfalls die Markierung der Auslöseschwelle 13 die Kurve des zweiten Ausgangssignals 20b.A first triggering point in
Das erstes Ausgangssignal 20a zeigt den Verlauf des in
Das Integral 30 wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch eine zeitliche Integration des Abgaswärmestroms 60 in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine zu einer Abgaswärmemenge gebildet. Der zeitliche Verlauf des Integrals 30 sowie der Verlauf der Ausgangssignale 20a, 20b, 20c sind abhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine.The integral 30 is formed during the operation of the internal combustion engine by a time integration of the exhaust
Das Ausgangssignal 20 des Partikelsensors 44 ergibt sich aus dem in dem Abgas der Brennkraftmaschine mitgeführten Partikelstrom. Dabei bewirkt ein hoher Partikelstrom, wie er nach einem defekten Partikelfilter vorliegt, einen schnellen Anstieg des Ausgangssignals 20 entsprechend dem dritten Ausgangssignal 20c, während ein geringer Partikelstrom nach einem intakten Partikelfilter einen langsamen und zeitverzögerten Anstieg des Ausgangssignals 20 entsprechend dem ersten Ausgangssignal 20a ergibt.The
Ein Messzyklus beginnt nach einem Freibrennen des Partikelsensors 44, bei dem durch eine Temperaturerhöhung des Partikelsensors 44 die and dem Partikelsensor 44 angelagerten Partikel verbrannt werden. Während der an das Freibrennen anschließenden Sammelphase liegt bei dem gezeigten resistiven Partikelsensor 44 zunächst noch kein auswertbares Ausgangssignal 20 vor. Erst ab einer bestimmten Partikelbeladung des Partikelsensors 44 steigt das Ausgangssignal 20 messbar an. Die Auslöseschwelle 13 kennzeichnet ein Ausgangssignal 20 und somit eine definierte Partikelbeladung des Partikelsensors 44, die sicher und von Störeinflüssen unterscheidbar ausgewertet werden können. Der Zeitpunkt, in dem das Ausgangssignal 20 des Partikelsensors 44 die Auslöseschwelle 13 erreicht, kann daher verwendet werden, um den in dem Abgas mitgeführten Partikelmassenstrom zu bestimmen. So ergibt das erste Ausgangssignal 20a, welches nach einem intakten Partikelfilter erhalten wird, einen sehr spät liegenden ersten Auslösezeitpunkt 21, während das dritte Ausgangssignal 20c nach einem defekten Partikelfilter die Auslöseschwelle 13 zu einem deutlich früher gelegenen zweiten Auslösezeitpunkt 23 erreicht.A measurement cycle begins after the
Ziel des Verfahrens ist es, während beliebiger Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine eine Überprüfung der gesetzmäßigen Funktion des Partikelfilters zu ermöglichen. Dazu muss der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals 20 des Partikelfilters 44 in Abhängigkeit von den durchlaufenen Betriebszuständen und der damit verbundenen Partikel-Rohemission der Brennkraftmaschine bewertet werden. Um eine aufwändige Berechnung der Partikel-Rohemission durch ein entsprechendes Motormodell während der durchlaufenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu vermeiden, ist es vorgesehen, eine mit der Partikel-Rohemission zumindest grob korrelierende Ersatzgröße als Bewertungsgrundlage für den Verlauf des Ausgangssignals 20 zu verwenden. Dazu dient in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das zeitliche Integral 30 über den Abgaswärmestrom 60, also die abgeführte Abgaswärmemenge 11.The aim of the method is to make it possible to check the regular functioning of the particle filter during any operating conditions of the internal combustion engine. For this purpose, the time course of the
Die Kalibrierung des Systems erfolgt durch Bestimmung des Verlaufs des zweiten Ausgangssignals 20b des Partikelsensors 44, wobei der Partikelsensor 44 hinter einem entsprechend der gesetzlichen Vorgaben grenzwertig geschädigten Partikelfilter angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, für die Kalibrierung des Systems einen Partikelfilter zu verwenden, der eine etwas geringer Schädigung aufweist als ein laut Gesetzgebung grenzwertig geschädigter Partikelfilter, um hier eine Sicherheitsmarge zu gewährleisten. Das zweite Ausgangssignal 20b wird während eines durch den Gesetzgeber vorgeschriebenen Fahrzyklus beziehungsweise Last-/Drehzahlzyklus der Brennkraftmaschine oder eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs ermittelt. Gleichzeitig wird als Ersatzgröße für die Partikel-Rohemission der Brennkraftmaschine das zeitliche Integral 30 über den Abgaswärmestrom 60, die Abgaswärmemenge 11, gebildet.The system is calibrated by determining the course of the
Erreicht, wie im Messzeitpunkt 22 vorliegend, das zweite Ausgangssignal 20b die Auslöseschwelle 13, wird an Hand des vorliegenden Wertes des Integrals 30 der zweite Grenzwert 14 festgelegt. Der Verlauf des Integrals 30 ist somit für einen grenzgängigen Partikelfilter mit dem Verlauf des Ausgangssignals 30 des Partikelsensors 44 verknüpft.If the
Zur Diagnose des Partikelfilters während des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine wird zu einem vorgegebenen Zeitpunkt das seit Beginn des Messzyklus nach dem Freibrennen des Partikelsensors 44 gebildete Integral 30 mit dem Ausgangssignal 20 verglichen. So kann beispielsweise bei Erreichen der Auslöseschwelle 13 durch das Ausgangssignal 20 überprüft werden, ob das Integral 30 den zweiten Grenzwert 14 überschritten hat oder nicht. Hat das Integral 30 den zweiten Grenzwert 14 bei Erreichen der Auslöseschwelle 13 überschritten, liegt ein intakter Partikelfilter vor. Liegt das Integral 30 hingegen bei Erreichen der Auslöseschwelle 13 noch unter dem zweiten Grenzwert 14, ist von einem defekten Partikelfilter auszugehen, da schon mehr Partikel zu dem Partikelsensor 44 gelangt sind, als entsprechend dem mit der Partikel-Rohemission der Brennkraftmaschine korrelierenden Integral 30 zu erwarten ist.To diagnose the particle filter during regular operation of the internal combustion engine, the integral 30 formed since the start of the measuring cycle after the
Nach einer zu
Neben dem beschriebenen Abgaswärmestrom 60 als Ersatzgröße für die Partikel-Rohemission und der daraus durch zeitliche Integration gebildeten Abgaswärmemenge 11 können alternativ als zeitliches Integral 30 eine aus einer Fahrgeschwindigkeit ermittelte zurückgelegte Fahrstrecke oder eine aus einem bei der Verbrennung umgesetzten Sauerstoffmengenfluss ermittelte Sauerstoffmenge oder eine aus einer Einspritzmenge pro Zeiteinheit ermittelte Kraftstoffmenge oder eine aus einer Leistung der Brennkraftmaschine ermittelte geleistete Arbeit verwendet werden.In addition to the described exhaust
Weiterhin kann statt der Verwendung der Auslöseschwelle 13 auch jeder andere Punkt der Kurve des Ausgangssignals 20 des Partikelsensors 44 als Vergleichswert zu dem entsprechenden Wert des Integrals 30 verwendet werden. Die Auslöseschwelle 13 hat jedoch den Vorteil, dass sie sich gerade von den Störeinflüssen auf das Ausgangssignal 20 abhebt und daher ein sicheres und zugleich schnelles Ansprechen des Verfahrens ermöglicht.Furthermore, instead of using the triggering
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